作者:英格丽德·法德利
（同organic）有机 研究者对实验进行的艺术渲染
未来，他们计划将其成像和分析方法扩展到相互作用系统，研究强关联介观费米系统中的配对和超流
学分:LIBC隆德生物成像中心乔纳斯·阿尔斯特
泡利不相容原理是奥地利物理学家沃尔夫冈·泡利提出的量子力学定律，它提供了关于物质结构的有价值的见解
更具体地说，泡利原理指出，在一个量子系统中，两个或多个相同的费米子不能同时占据同一个量子态
海德堡大学物理研究所的研究人员最近在一个由多达六个粒子组成的连续系统中直接观察到了这一原理
他们在《物理评论快报》上发表的一篇论文中概述了他们的实验，这可能为更好地理解由费米子组成的强相互作用系统铺平道路
开展这项最新研究的两位研究人员卢卡·贝哈和马文·霍尔登告诉《物理》杂志说:“我们小组从小的、众所周知的积木开始研究复杂的多体系统的想法由来已久。”
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“这始于我们一次一个原子地形成费米海的实验，最终在我们的一项最新研究中，我们可以观察到少至六个原子的系统中量子相变的迹象
" 近年来，贝哈、霍尔登和他们的同事花了很大力气开发一种新技术，使他们能够对介观系统中的单个原子成像，以便更详细地研究它们
在他们最近的研究中，他们首次将这种技术应用于多达六个非相互作用费米原子的连续系统
泡利晶体显示了三个费米原子在二维谐波陷阱中排列最频繁的构型
非相互作用粒子的相对位置之间的强相关性是泡利排斥原理的结果
这张图像是通过分析数千张单原子分辨率的实验图像而生成的
学分:海德堡大学塞利姆·约辛小组
“我们研究的主要目的是观察连续系统中的高阶关联，”贝哈和霍尔登说
“非交互系统是我们实验的理想起点
" 2016年，由马留斯·加达领导的一个研究小组首次提出，高阶关联可以被可视化为“泡利晶体”
泡利晶体是美丽的图案，可以出现在一团被困和不相互作用的费米子中
到目前为止，贝哈、霍尔登和他们的同事在包含多达六种粒子的系统中观察到了这些模式
然而，在不久的将来，他们希望用更多的粒子和强相互作用进行进一步的实验
这将允许他们进一步研究二维系统中的配对和超流现象
“在连续系统中对泡利原理的直接观察对实验提出了相当具有挑战性的要求，”贝哈和霍尔登解释道
“该系统必须足够冷，并控制在非常低的绝对能量范围内
只有到那时，单个粒子的波函数才会重叠，它们的费米能级性质才变得重要
" 泡利晶体显示了六个费米原子在二维谐波陷阱中排列最频繁的构型
非相互作用粒子的相对位置之间的强相关性是泡利排斥原理的结果
该图像是通过分析数千张单原子分辨率的实验图像而生成的
学分:海德堡大学塞利姆·约辛小组
为了确保他们能够直接观察连续系统中的泡利原理，研究人员完善了他们几年前首创的冷却技术
这种技术能够以确定的方式从系统中移除所有具有较高能量的“热”原子
通过移除这些原子，研究人员能够准备系统的基础(即
e
最低能量)状态
在冷却系统足够长的时间后，贝哈、霍尔登和他们的同事需要收集单原子分辨率和高探测保真度的观测数据，以观察泡利原理
他们通过在拍摄图像前让原子云膨胀一段时间来实现这一点
实验设置的渲染(不按比例)
原子被捕获在一个有吸引力的光幕(“薄饼”)的单个位置，光幕上叠加着一个聚焦紧密的光镊
该系统通过高分辨率物镜以单原子分辨率成像(顶部)
学分:海德堡大学塞利姆·约辛小组
“我们使用的方法有效地将系统放大了50倍，”贝哈和霍尔登说
“然后，我们用两束相反的激光束照亮云层，并在一台极其灵敏的相机上收集散射光子，该相机几乎可以探测到撞击芯片的每一个光子
这些方法一起使我们能够分辨单个原子，探测概率约为99%
" 研究人员实验装置的图像
八角形的主真空室位于图像的中心
这里，一个光镊与一个光片阱(“薄饼”)重叠，以便为原子创建一个二维的俘获几何图形
学分:海德堡大学塞利姆·约辛小组
这组研究人员收集的观测结果表明，单个粒子之间的相关性也可以在连续统中观察到，在连续统中，单个粒子的波函数重叠
到目前为止，贝哈、霍尔登和他们的同事使用他们开发的技术来观察泡利晶体，这是泡利原理的美丽可视化
然而，同样的技术也可以很快用于探索其他强相关的多体系统
二维谐振子阱中六个费米原子的单像
图像是在系统扩展后拍摄的，以提高有效分辨率
学分:海德堡大学塞利姆·约辛小组
“我们现在计划将成像方法扩展到交互系统，”霍尔登和贝哈说
“在这里，粒子之间的相互关系不是由泡利原理引起的，而是由相互作用引起的
这将使我们能够探索相互作用系统中的关联是如何在微观水平上产生的，并对强相互作用的费米物质和超流体给出新的见解
"
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